uma Microrede
A complexidade das redes elétricas devido às suas limitações e ao aparecimento de novas fontes de produção, juntamente com preocupações ambientais, levou ao aparecimento de novos sistemas de gestão e controlo. Nas microredes, a necessidade de controlo e gestão acentuou-se porque, além de um simples controlo de distribuição radial, o fluxo passa a ser bidirecional e também existe a possibilidade de funcionamento em rede isolada e a utilização de sistemas de armazenamento.
Os primeiros sistemas de gestão de microredes a surgir foram os EMM (Módulo de Gestão Energética) e PCM (Módulo de Proteção e Coordenação), geralmente integrados no CC e nos MC (3).
A gestão da rede através do EMM é focada nos seguintes aspetos:
• Controlo da produção das microfontes;
• Controlo de processos residenciais;
• Armazenamento de energia;
• Regulação e transferência de carga;
• Serviços Auxiliares.
4.1.1.
Controlo da Produção das Microfontes
As microfontes utilizam diferentes tipos de produção de energia, usualmente sistemas de produção com baixas emissões de carbono.
Os recursos para as microfontes renováveis têm um custo baixo, mas é aleatória a sua existência obrigando as microfontes a produzir sempre que o recurso está disponível. Como por exemplo, os aerogeradores devem funcionar sempre que têm vento adequado ao seu funcionamento e esse aproveitamento tem que ser bem otimizado.
No caso do gás natural e do hidrogénio devem funcionar em períodos em que o seu funcionamento se torna mais económico, porque o recurso não é instável.
As centrais de cogeração (CHP), por sua vez, já devem tentar combinar a sua produção de calor com a produção de eletricidade para obter um rendimento superior e otimizar os recursos.
Esta gestão de funcionamento é complicada para garantir um rendimento elevado e uma poupança máxima de energia, porque depende de vários fatores como o custo de cada combustível, o custo do despacho de eletricidade e calor e o impacto das emissões de carbono.
A estrutura do mercado também tem um papel significativo na avaliação do desempenho da microrede e na definição do funcionamento das microfontes, porque obriga a microrede a
Redes de Distribuição Activas
ser competitiva no mercado e a possuir meios de suprir todas as necessidades dos consumidores. As microfontes deixam, assim, de ser apenas responsáveis pelo controlo da sua produção local e passam a explorar as necessidades do mercado (10; 11).
4.1.2.
Controlo de Processos Residenciais
O controlo de processos residenciais consiste na monitorização dos sistemas de aquecimento e refrigeração, ventiladores e bombas. Estes equipamentos devem ser alimentados a partir das centrais de CHP da microrede. As CHP por sua vez devem procurar combinar o fornecimento de calor com o fornecimento de eletricidade para otimizar a produção e reduzir os custos e as emissões de carbono. Essa combinação pode ser gerida pelo EMM sem necessidade de controladores dedicados.
Para o processo de gestão ser mais eficaz o EMM tem de estar em constante contacto e interação com os MC para efetuar o agendamento do funcionamento de cada carga, de forma a evitar picos de consumo na reutilização do calor fornecido em recuperadores. Para que o controlo do EMM seja eficaz a programar reutilizações da microfonte, devem-se monitorizar a temperatura da água e a temperatura dos gases de escape.
O agendamento da carga dos sistemas de armazenamento também é importante porque nas horas de menor consumo a energia é mais barata. Geralmente, esses períodos horários, coincidem com períodos de consumo de energia térmica, o que permite rentabilizar a produção da CHP (11).
4.1.3.
Armazenamento de Energia
Para assegurar o fornecimento ininterrupto das cargas o EMM necessita de controlar os sistemas de armazenamento de energia, os bancos de baterias, os bancos de condensadores e as baterias eletrodinâmicas ou flywheels. Em situação de distúrbios e contingências nas microredes o sucesso das mesmas está dependente dos sistemas de armazenamento.
Estes dispositivos são utilizados para compensar cavas de tensão locais e no arranque de microfontes de baixa inércia ou com primeiros escalões de carga baixos. Servem, também, como backup durante as falhas de fornecimento. Além dos pontos referidos, os sistemas de armazenamento são extremamente importantes no apoio à microrede em situações de sobrecarga, variações de tenção e, especialmente, no funcionamento em sistema isolado.
A maioria dos dispositivos de armazenamento funciona com tensão DC, o que obriga a uma conversão DC/AC por meio de um inversor para se poderem conectar à microrede. Apenas as baterias eletrodinâmicas funcionam com tensão AC e podem ser ligadas diretamente à microrede.
A utilização de sistemas de armazenamento deve ser analisada de acordo com as necessidades da microrede. No caso de uma descarga elevada durante um curto período de tempo deve optar-se pelas baterias de condensadores porque são mais adequadas para este tipo de funcionamento, mas se a situação for de baixas descargas, prolongadas, é aconselhável utilizar as baterias eletrodinâmicas (11).
Microrede e Gestão de Redes de Distribuição Activas
4.1.4.
Regulação e Transferência de Carga
As microredes têm vários picos, devido à natureza doméstica das cargas, originadas por cargas como: água quente, aquecimento e bombas, que surgem sempre ao mesmo tempo. No caso de estas microredes integrarem cargas comerciais, como restaurantes e hotéis, o problema intensifica-se. Também podem existir outros consumidores como pequenas industrias e edifícios de escritórios, em que as horas de consumo não coincidem com as referidas.
Estes picos na rede de distribuição são mais fáceis de gerir do que nas microredes, devido à sua dimensão e capacidade. Para a mircorede ainda se torna mais complicada a situação quando funciona em sistema isolado. Para se conseguir gerir esta situação a microrede tem que incorporar sistemas de armazenamento que têm que estar bem dimensionados para suportar este comportamento da microrede. O controlo dos mesmos por parte do EMM é muito importante para coordenar o apoio ao arranque de microfontes, as transferências de cargas da rede de distribuição para a microrede em sistema isolado e na redução dos picos, colocando os sistemas de armazenamento a ser alimentados em horas de menor consumo, geralmente com tarifas da eletricidade mais baixas.
Uma microrede é, geralmente, de pequena dimensão, o que obriga a efetuar todas as operações em tempos muito curtos. Para ser possível a sua operação é necessário um sistema de controlo que monitoriza todos os intervenientes da microrede segundo a segundo com muito mais frequência do que a rede de distribuição que é de minuto a minuto, devido à dimensão e inércia dos seus geradores.
No funcionamento em sistema isolado o EMM tem que analisar a capacidade de produção das microfontes e a autonomia dos dispositivos de armazenamento para garantir o fornecimento das cargas, principalmente as prioritárias, se necessário, em detrimento das não-prioritárias para evitar o colapso da microrede (11).
4.1.5.
Serviços Auxiliares
A microrede é vista como uma rede que gere o seu fluxo e potência, mas possui mais capacidades para além disso. Existe também a possibilidade de a microrede interagir com o mercado na venda e aquisição de energia para maximizar o seu rendimento. Nas horas de pico a microrede fornece energia à rede de distribuição mediante um determinado pagamento e, em horas de vazio, compra energia à rede de distribuição se o custo da sua energia interna for superior. É mais simples para a rede de distribuição ter a microrede como uma unidade de controlo de produção local, mas mesmo assim as potencialidades da microrede podem ser bastante benéficas para a rede de distribuição.
Os serviços auxiliares, bem como a manutenção da qualidade de energia nos consumidores próximos da microrede, particularmente, nas horas de pico, reduz custos de transporte a partir dos grandes geradores e congestionamento das linhas, assim como o controlo da tensão e do fator de potência. O balanço em tempo real entre as microfontes e as cargas é bastante benéfico para a rede de distribuição e o custo do mesmo é compensado praticamente em perdas de transporte e congestionamento das linhas.
Redes de Distribuição Activas
Neste sentido a oferta de serviços auxiliares torna-se num grande desafio, originando uma revolução nos mercados de energia, com benefícios para os utilizadores e produtores das grandes centrais. Os utilizadores terão uma garantia de melhor qualidade de fornecimento e as grandes centrais produtoras deixarão de se preocupar com estes pequenos inconvenientes de difícil gestão (11).